JP2022054017A - 紫外線照射装置および紫外線照射システム - Google Patents

Abstract

【課題】照射形態を変更可能な紫外線照射装置および紫外線照射システムを提供する。【解決手段】紫外線を照射する光照射部と、光照射部から、光照射の光が照射される照射対象までの距離を導出可能なデータを取得する検知部と、距離を元に光照射部の出力を制御する制御部と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、紫外線照射装置および紫外線照射システムに関する。

近年、感染症の対策のために、室内に紫外線照射装置を配置し、空気や、室内に存在する人ないし物を殺菌する手法が注目を集めている。このような紫外線を用いた殺菌においては、照射される紫外線の強度が高くなるほど、また紫外線を長時間照射するほど、高い殺菌効果を得ることができる。しかし、照射対象によっては紫外線を照射することで、対象にダメージを与えてしまう虞があるため、一概に高強度の紫外線を照射したり、長時間紫外線を照射したりすることが好まれない可能性がある。そのため、紫外線の照射形態を柔軟に変更可能な紫外線照射装置が必要とされていた。

特開２０１９－１５０６６８号公報

本発明が解決しようとする課題は、照射形態を変更可能な紫外線照射装置および紫外線照射システムを提供することである。

実施形態の紫外線照射装置は、紫外線を照射する光照射部と、光照射部から、光照射部の光が照射される照射対象までの距離を導出可能なデータを取得する検知部と、距離を元に光照射部の出力を制御する制御部と、を備える。

実施形態によれば、照射形態を変更可能な紫外線照射装置および紫外線照射システムを提供することが期待できる。

一実施形態の紫外線照射装置の使用環境を示す側面図である。 一実施形態の紫外線照射装置の構成を示すブロック図である。 一実施形態の判断部で行われる処理を示すフロー図である。 一実施形態の判断部の処理で用いられる対応表である。

以下、一実施形態を、図面を参照して説明する。

図１に、本実施形態における紫外線照射装置１の使用環境を示す。紫外線照射装置１は、環境Ａ内に紫外線を照射し、環境Ａ内の空気や、環境Ａ内の照射対象１００を殺菌する。なお本明細書では、紫外線照射装置や紫外線照射システムによって「殺菌」することを例として説明するが、紫外線照射装置や紫外線照射システムで行われるのは「殺菌」に限定されるものではない。「滅菌」、「除菌」、「減菌」、「消毒」など、照射対象１００に滞在、付着している菌などを減らす効果が得られるものであれば適用可能である。そのため、以下に説明する「殺菌」の用語は、「滅菌」や「除菌」や「減菌」や「消毒」に置き換え可能である。

環境Ａは、例えば、屋内の環境である。環境Ａは、オフィス、店舗、家の部屋、乗り物の車内、エレベータなどの閉ざされた空間であったり、廊下やエントランスなどの比較的開かれた空間であったりする。

照射対象１００は、環境Ａ内に配設される物に加えて、環境Ａ内の空気と、環境Ａ内に滞在している人を含む。そして、環境Ａ内に配設される物の一例として図１では机を示しているが、環境Ａ内に配設される照射対象１００は机に限定されるものではなく、上述した環境Ａなどに配設されうるものであれば何でもよい。例えば、机、食器、商品陳列棚、吊り革、リモコン、エレベータのボタン、自動ドア開閉ボタン、などである。なお、照射対象１００は、人の体の一部（例えば、手、足、尻など）が触れるようなものであることが好ましい。なお、ここでの触れるとは直接的な接触だけではなく、間接的な接触（例えば、間に服や手袋を介して接触）も含んでいてもよい。つまり、多くの場合で、尻とは服を介して接触する椅子やソファも照射対象１００となってもよい。

照射対象１００によっては、高い強度の紫外線の照射や、長時間の紫外線の照射が好ましくない虞がある。そのため、本実施形態の紫外線照射装置１は、紫外線の照射強度や、紫外線の照射方向などの紫外線照射形態を変更可能に構成されている。以下の、紫外線照射装置１の詳細について説明する。

図２に紫外線照射装置１の構成を示す。紫外線照射装置１は、天井面や壁面などの設置面や、設置用ポールなどに取付けられる紫外線照射装置であり、光照射部１０と、検知部２０と、処理部３０と、を備える。紫外線照射装置１は、波長が３８０ｎｍ以下の紫外光を照射可能に構成されており、ベースライト、シーリングライト、ダウンライトなどの一般的な照明装置の形態で構成されてもよい。例えば、紫外線照射装置１が天井面などの設置面に配設されるベースライトやシーリングライトの形態で構成される場合は、紫外線照射装置１から照射される紫外光方向を変えることはできない。しかし、紫外線照射装置１が設置面に配設され照射方向を変えられるダウンライトの形態で構成される場合は紫外線照射装置１から照射される紫外光の方向を変えることが可能となる。

まず、光照射部１０について説明する。光照射部１０は、光源部１１と、光源部１１を制御する制御部１２と、を備える。また、図２には図示しないが、光照射部１０は、光源部１１が照射する光を取り出す照射窓を備える。光源部１１は、少なくとも紫外光を照射可能な光源を備える。光源部１１は、例えば、光源として１つないし複数の紫外線ランプやＵＶ－ＬＥＤなどの固体発光光源を備えており、波長が１００ｎｍ以上３８０ｎｍ以下の帯域の光を照射する。好ましい形態としては、光源部１１から照射される紫外光はＵＶ－Ｃ（波長が１００ｎｍ以上２８０ｎｍ以下の帯域の光）であり、例えば照射する光の分光分布のピーク波長が約２５４ｎｍまたは約２２２ｎｍまたは約１８５ｎｍである。ここでのピーク波長とは、分光分布において最も高い強度を示す波長に限定されるものではなく、２番目に高い強度を示す第２ピーク波長、３番目に高い強度を示す第３ピーク波長であってもよい。光源部１１は、異なる複数のピーク波長の光を照射可能に構成されていてもよい。

また光源部１１からは、紫外光に加えて可視光が照射されてもよい。ここでの可視光とは、波長が３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の帯域の光であり、２７００Ｋや５０００Ｋといった照明用の白色光であったり、赤色、緑色、青色といった単色光であったりする。このとき、光源部１１が備える１つの光源から紫外光と可視光が照射されてもよいし、光源部１１が紫外光光源と、可視光光源と、を備えていてもよい。なお、可視光を照射する可視光光源も、紫外光を照射する紫外光光源と同様に、ランプ（例えば、蛍光灯、白熱電球など）であったり、固体発光光源（例えば、ＬＥＤ、Ｏ－ＬＥＤ、ＬＤなど）であったりしてもよい。

制御部１２は、光源部１１の点灯状態を制御する。ここでの光源部１１の点灯状態とは、例えば、光源部１１の発光強度である。光源部１１の発光強度とは、光源部１１から出力される光の強度を指し、例えば、光束（ｌｍ）、光度（ｃｄ）、輝度（ｃｄ／ｍ＾２）、照度（ｌｘ）、紫外線照度（ｍＷ／ｃｍ＾２）、紫外線強度（ｍＪ／ｃｍ＾２）などの名称や単位で表される値である。光源部１１の発光強度を制御する方法は、例えば、光源部１１に供給する電流値を変動させたり、光源部１１に供給する電流のデューティー比を変動させたりする。また制御部１２は、光源部１１が複数種類の光源を備えている場合に光源部１１から照射される光の種類を制御してもよい。光源部１１を制御することで、紫外光を照射したり、可視光を照射したり、紫外光と可視光を合わせて照射したり、と発光形態を切り替えることができる。また、光源部１１を制御することで光源部１１から照射される光の波長を切り替えることも可能となる。例えば、紫外光であればピーク波長２２２ｎｍの紫外光から、ピーク波長２５４ｎｍの紫外光に切り替えたり、可視光であれば赤色の発光から白色への発光へ切り替えたりすることが可能である。

また、制御部１２は、光照射部１０または光源部１１から照射される光の照射方向を制御してもよい。

制御部１２が制御を行うための制御指令（制御信号）は、後述する処理部３０から送信されたり、外部（例えば、リモコンや制御端末）から無線通信もしくは有線通信で入力されたりする。そのため、光照射部１０は、光照射通信部を備えるように構成し、処理部３０から送信された制御指令（制御信号）を光照射通信部で受信して制御部１２へ渡してもよいし、外部から送信された制御指令（制御信号）を光照射通信部で受信して制御部１２へ渡してもよい。なお、制御部１２への制御指令（制御信号）は、光照射部１０に取付けられた調整機構（例えば、ツマミや切替スイッチなど）を操作することで入力されてもよい。

次に、検知部２０について説明する。検知部２０は、光源部１１から照射される光の照射範囲の少なくとも一部を検知、検知結果を取得できるように配設される、例えばセンサやカメラである。そして、検知部２０で取得された検知結果は後述する処理部３０へ無線通信もしくは有線通信で送信される。そのため、図２には図示していないが、検知部２０は検知通信部を備えており、検知通信部から検知結果が送信されるように構成されていてもよい。また、検知部２０は、光照射部１０と一体に構成されていてもよいし、別体に構成されていてもよい。検知部２０と光照射部１０とが一体に構成されている場合は、光照射部１０からの光の照射方向と、検知部２０の検知方向と、が略一致するように検知部２０が配設される。検知部２０と光照射部１０とが別体に構成されている場合は、光照射部１０からの光の照射範囲と、検知部２０の検知範囲の少なくとも一部と、が重なるように検知部２０が配設される。

検知部２０は、例えば、検知部２０からの距離を測定可能なセンサ（以下、距離センサ）である。この場合、検知部２０は、光照射部１０から照射される光の照射範囲の中心に向けて配設され、検知部２０から光照射部１０から照射される光の照射範囲の中心までの距離を測定する。そして、検知部２０は、距離センサで測定された距離データを、検知結果として後述する処理部３０へ送信する。

また、検知部２０は、例えば、画像や動画を取得可能なカメラである。この場合、検知部２０は、検知部２０での撮影範囲と、光照射部１０から照射される光の照射範囲と、が少なくとも一部で重なるように配設される。そして、光照射範囲の一部または全体の画像データもしくは動画データを取得する。そして、検知部２０は、カメラで取得した画像データもしくは動画データを、検知結果として後述する処理部３０へ送信する。

検知部２０は、上述した、距離センサとカメラのいずれか１つを備えていてもよいし、両方を備えていてもよい。また、検知部２０は、他のセンサを備えていてもよい。

例えば、検知部２０は、紫外線照射装置１から紫外光を照射する対象である照射対象１００の反射率を測定可能なセンサ（以下、反射率センサ）も備えている。この場合、検知部２０は、光照射部１０から照射される光の照射範囲に向けて配設され、照射対象１００の反射率を測定する。なお、この反射率センサは、波長３８０ｎｍ以下の紫外領域の光に対する反射率を測定可能であることが望ましい。またこの反射率センサは、一定の面積の平均反射率を測定するものであってもよいし、１点の反射率を測定するものであってもよい。そして、検知部２０は、反射率センサで測定された反射率データも、検知結果として後述する処理部３０へ送信する。

次に処理部３０について説明する。処理部３０は、判断部３１と、記憶部３２と、を備える。処理部３０は、検知部２０での検知結果から光照射部１０の制御内容を判断し、光照射部１０へ制御指令（制御信号）を送信する。そのため、図２には記載していないが、処理部３０は、処理通信部を備えており、検知部２０から送信された検知結果を処理通信部で受信して、処理通信部から判断部３１へ検知結果を渡すように構成してもよく、また、判断部３１で判断した光処理部１０の制御内容に基づく制御指令（制御信号）を、処理通信部から光照射部１０へ送信するように構成してもよい。

判断部３１では、検知部２０での検知結果を用いて照射対象１００が受ける光の強度を推定し、その光の強度から光照射部１０の制御範囲を判断し、その判断に基づく制御指令（制御信号）を出力する動作が行われる。図３を用いて判断部３１で行われる処理を説明する。図３は、判断部３１で行われる処理のフロー図を示している。

まず、判断部３１は検知部２０での検知結果を受け取る（ステップＳ１）。このとき、上述したように、処理通信部から検知結果を受け取ってもよいし、判断部３１自体が通信機能を備えており、検知部２０から検知結果を直接受け取ってもよい。そして、この検知結果は、距離データであったり、画像・動画データであったりするが、判断部３１は受け取った検知結果の種類を判断してもよい。例えば、判断部３１は、受け取った検知結果のデータ容量を確認して、検知結果が規定の値以上のデータ容量を備えている場合は、検知結果が画像・動画データであると判断する。反対に、検知結果が規定の値以下のデータ容量の場合は、検知結果が画像・動画データ以外であると判断する。なお、判断部３１は、受け取った検知結果のファイル形式（例えば、拡張子など）から、検知結果の種類を判断してもよい。

検知結果が距離データの場合は、判断部３１は、検知部２０から検知対象までの距離を検知結果として受け取っている。しかし上述したように、検知部２０である距離センサは、検知対象が光照射部１０から照射される光の照射範囲の中心となるように配設されるため、検知部２０である距離センサで検知されるのは、検知部２０から光照射部１０の照射対象までの距離、と言い換えることが可能である。つまり、判断部３１が受け取った検知結果は、検知部２０から照射対象までの距離データと言える。

また、検知結果が画像・動画データの場合は、判断部３１は、検知部２０で撮影対象を撮影した画像・動画データを検知結果として受け取っている。しかし上述したように、検知部２０であるカメラは、撮影範囲は光照射部１０から照射される光の照射範囲と少なくとも一部が重なるにように配設されるため、検知部２０であるカメラでは、光照射部１０の光照射対象を撮影することとなる。つまり、検知部２０での撮影対象は、光照射部１０の照射対象であり、判断部３１が受け取った検知結果は、照射対象を含む画像・動画データであると言える。

次に、検知結果が、検知部２０であるカメラで撮影された画像・動画データである場合は、距離の推定が行われる（ステップＳ１．５）。ここでの距離とは、検知部２０から撮影対象までの距離であるが、上述したように、撮影対象は、光照射部１０の照射対象であるため、検知部２０から照射対象までの距離を推定することに等しい。この距離の推定のステップにおいては、例えば、画像データもしくは動画データを入力して、距離データを出力するような学習済みニューラルネットワークに、検知結果である画像・動画データを入力することで距離を推定する。

次に、照射対象が受ける光の強度の推定が行われる（ステップＳ２）。検知結果が距離データの場合は、ステップＳ１の後にステップＳ２へ移行し、検知結果が画像・動画データである場合は、ステップＳ１．５の後にステップＳ２へ移行する。上述したように、検知結果が距離データ、画像・動画データいずれの場合でも、ステップＳ２に移行する前に、判断部３１は検知部２０から照射対象までの距離の測定値ないし推定値を保有している。ステップＳ２では、検知部２０から照射対象までの距離を、光照射部１０の照射窓から照射対象までの距離に置き換えて、照射対象が受ける光の強度を推定する。光照射部１０の近傍に検知部２０が配設され、光照射部１０の照射窓と照射対象との間の距離と、検知部２０と照射対象との間の距離と、がほぼ同じである場合は、判断部３１が保有している距離の測定値ないし推定値に補正は必要なく、そのまま使用することが可能である。光照射部１０と検知部２０との距離が離れている場合は、ステップＳ２での推定を行う前に、判断部３１が保有している距離の測定値ないし推定値に補正をかけ、光照射部１０の照射窓から照射対象までの距離に換算した値を用いて、照射対象が受ける光の強度を推定する。なお、ここで行う補正は、光照射部１０と、検知部２０と、の位置関係に基づく距離の補正であり、それぞれの位置座標から補正値を導出可能である。以下では、補正をかけた距離の値と、補正をかけていない距離の値と、の両方をまとめて距離データと呼ぶ。

ステップＳ２の照射対象が受ける光の強度の推定においては、例えば、図４に示す対応表が用いられる。この対応表は、光照射部１０の照射窓から照射対象までの距離と、光源部１１の出力と、をそれぞれ変えた時の、照射対象が受ける光の強度を示したものである。例えば、距離が１．５［ｍ］かつ光源部１１の照射窓の位置における紫外線照度が４０［ｍＷ／ｃｍ＾２］の場合は、照射対象の位置における紫外線照度は１０［ｍＷ／ｃｍ＾２］と推定される。この対応表は、例えば、処理部３０の記憶部３２に予め記憶されており、判断部３１が記憶部３２を参照して、または判断部３１が記憶部３２から対応表を受け取って、処理が行われる。この対応表の数値は、光学シミュレーションで導出される値であってもよいし、光の減衰の法則の逆二条の法則に則って導出される値であってもよい。また、光源部１１の出力や、照射対象における紫外線照度は、［ｍＷ／ｃｍ＾２］の単位に限定されるものではなく、光の出力や強度を示す単位であれば他の単位を用いてもよい。また、光源部１１の出力については調光率［％］で示されていてもよい。

ステップＳ２では、対応表と、距離データと、を用いて、照射対象が受ける可能性がある光の強度の範囲が推定される。この照射対象が受ける可能性がある光の強度の範囲とは、光源部１１が最大出力の場合から、光源部１１が最小出力の場合を含むものであることが望ましい。図４の対応表を例にすると、距離データはステップＳ２までに１点に定まっているため、ステップＳ２では、次のステップで参照する列を特定する。（例えば、距離１．５［ｍ］の列）
次に、光照射部１０の制御を判断するステップが行われる（ステップＳ３）。ステップＳ３では、照射対象が受ける光の強度を規定する閾値を元に、照射対象が受ける光の強度が閾値を超えないような光照射部１０の光源部１１の出力を特定する。この閾値は、照射対象がこの閾値を超える強度の光を受けることが好ましくないことを示す値である。この閾値は、例えば、処理部３０の記憶部３２に予め記憶されていたり、外部から入力されたりする。外部から入力される場合は、先述した処理通信部が、外部から例えば制御端末を使って入力した閾値を受け取り、記憶部３２に渡し、記憶部３２に記憶する。そして、判断部３１が記憶部３２を参照して、または判断部３１が記憶部３２から閾値を受け取って、処理が行われる。なお、外部から閾値が入力される場合は、処理通信部から判断部３１が閾値を直接受け取ってもよい。

図４の対応表を例にすると、ステップＳ２で距離データを元に参照する列は特定されているため、この列に対して、閾値を下回るような光源部１１の出力を特定すればよい。例えば、距離１．５［ｍ］の列に特定されている状態で、閾値が１５［ｍＷ／ｃｍ＾２］の場合は、光源部１１の出力は６０［ｍＷ／ｃｍ＾２］以下と特定される。

次に、判断部３１から制御指令（制御信号）の出力が行われる（ステップＳ４）。ここでの制御指令は、ステップＳ３で特定された光源部１１の出力に制御する指令であってもよいし、ステップＳ３で特定された光源部１１の出力以下にしか制御できなくするような指令であってもよい。

このようにして、検知部２０から受け取った検知結果を元に、処理部３０の判断部３１から、光照射部１０へ制御指令（制御信号）が出される。制御指令（制御信号）を受け取った光照射部１０の制御部１２は、その制御指令（制御信号）に則って光源部１１を制御する。

また、検知部２０がカメラである場合、判断部３１は、検知部２０の検知結果である画像・動画データから照射対象の属性（照射対象の部材や材質など）を推定してもよく、その照射対象の属性推定結果を元に、判断部３１が閾値を判断して設定されてもよい。例えば、照射対象が紫外線に強い金属である場合は、判断部３１は閾値を高くするように判断し設定する。また、例えば、照射対象が紫外線に弱い樹脂、紙、人体などである場合は、判断部３１は閾値を低くするように判断し設定する。また閾値は、判断部３１が生成することで設定されてもよいし、閾値の候補リストから判断部３１が判断して選択することで設定されてもよい。

また、検知部２０が反射率センサも備えている場合は、判断部３１は、反射率センサでの検知結果を用いて閾値を判断してもよい。例えば、照射対象の反射率が高い場合、紫外線照射装置から照射した紫外線を反射して、予期せぬ対象に紫外線を照射してしまう虞がある。そのため照射対象の反射率が高い場合は、判断部３１は閾値を低くするように判断してもよい。

またさらに、上述した例では、判断部３１は、図４に示した対応表を用いて光源部１１の出力を特定しているが、この方式に限定されるものではない。例えば、判断部３１は、ステップＳ２とステップＳ３の機能を備えた学習済みニューラルネットワークに、距離データと、閾値と、を入力することで、光源部１１の出力を特定してもよい。この学習済みニューラルネットワークは、例えば、所定の距離に対する光の減衰量を学習しており、距離データと、閾値と、を入力することで、一定の距離に対する、閾値を下回る光源部１１の出力を結果として出力するものである。

紫外線照射装置１を使用する例を以下に示す。

例えば、殺菌力が高いが人体の悪影響を及ぼす波長が約２５４ｎｍの紫外線を照射する紫外線照射装置１を、人が滞在、もしくは往来する場所に設置する場合は、人体に影響を与えないために閾値を低い値にしておき、光源部１１は、照射対象まで届く紫外線が弱くなるように点灯することが好ましい。

また、紫外線照射装置１の照射対象に絵画などの美術品が含まれる可能性がある場合は、絵画の劣化を防ぐために閾値を０に設定しておき、光源部１１は、照射対象まで届かない出力で点灯することが好ましい。

また、紫外線照射装置１の照射対象に紫外線検知型の火災報知器が含まれる可能性がある場合は、火災報知器の誤作動を防ぐために閾値を０に設定しておき、光源部１１は、照射対象まで届かない出力で点灯することが好ましい。

また、検知部２０がカメラである場合、判断部３１は、検知部２０の検知結果である画像・動画データから、光照射部１０の光照射範囲に存在する物の属性（部材や材質など、その物が何かを特定してもよい）を判断してもよく。光照射部１０の光照射範囲に紫外線照射に適さないもの（例えば、紙、絵画や火災報知器など）が存在する場合は、判断部３１が閾値を０にするように判断してもよい。また、紫外線照射装置１が光の照射方向を調整可能である場合は、判断部３１は紫外線照射に適さない照射対象に向けて紫外線が照射されないように方向制御してもよい。ここでの方向制御とは、照射方向が紫外線照射に適さない照射対象の方向に向かないように照射方向を制限したり、光照射部１０の光照射範囲に紫外線照射に適さない照射対象が含まれないように照射方向を変更したりしてもよい。

ここまで、光照射部１０と、検知部２０と、処理部３０と、を含む紫外線照射装置１を説明したが、紫外線照射装置として構成されず、紫外線照射システムとして構成されてもよい。この場合、環境Ａに配設される光照射部１０と、環境Ａ内を検知するように配設される検知部２０と、処理部３０と、を備える。処理部３０は、環境Ａとは別のクラウドサーバー上に存在していてもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ 紫外線照射装置
１０ 光照射部
１１ 光源部
１２ 制御部
２０ 検知部
３０ 処理部
３１ 判断部
３２ 記憶部

Claims (4)

1. 紫外線を照射する光照射部と；
   前記光照射部から、前記光照射部の光が照射される照射対象までの距離を導出可能なデータを取得する検知部と；
   前記距離を元に前記光照射部の出力を制御する制御部と；
   を備える紫外線照射装置。
2. 前記制御部は、前記距離を元に、前記照射対象が受ける光の強度が閾値以下となるように前記光照射部の出力を制御することを特徴とする請求項１記載の紫外線照射装置。
3. 前記検知部はカメラであり、
   前記検知部で取得したデータから、照射対象の属性を判断し、前記閾値を設定する処理部を備えることを特徴とする請求項２記載の紫外線照射装置。
4. 紫外線を照射する光照射部と；
   前記光照射部から、前記光照射部の光が照射される照射対象までの距離を導出可能なデータを取得する検知部と；
   前記距離を元に、前記照射対象が受ける光の強度が閾値以下となる前記光照射部の出力を判断する処理部と；
   前記処理部から受け取った制御信号を元に前記光照射部の出力を制御する制御部と；
   を備える紫外線照射システム。

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